Autor Daniel Gonzalez Enriquez

Círculo de Mohr: qué es y aplicaciones

Círculo de Mohr El Círculo de Mohr, una herramienta fundamental en ingeniería. Una pieza fundamental para aplicar en el complejo océano de tensiones y deformaciones. En este artículo abarcaremos sus diversas dimensiones y aplicaciones, ofreciendo una visión de su utilidad en el análisis de materiales y estructuras,  que se da tanto en la construcción de estructuras como en geología. ¿Qué es el Círculo de Mohr? En el corazón de la ingeniería estructural y mecánica yace el Círculo de Mohr, una representación gráfica que simplifica la visualización y análisis de tensiones en materiales sólidos. Desarrollado por el ingeniero alemán Christian Otto Mohr a fines del siglo XIX. El círculo de Mohr es una herramienta que facilitó el cálculo visual e intuitivo de las tensiones y deformaciones. Ya existía por aquel entonces el Tensor de Tensiones de Cauchy. Que, si bien era una herramienta muy potente, para cualquier cambio del sistema de referencia implicaba una cantidad de procesos algebraicos muy laboriosos. ¿Quién fue Otto Mohr? Otto Mohr (1835 – 1918) fue un renombrado ingeniero alemán. Desarrolló de manera formal el método que iniciaría Carl Culmann para representar visualmente tensiones en tres dimensiones. Fue en 1882 cuando desarrolló el método bidimensional que conocemos hoy día como Círculo de Mohr. Caso bidimensional El uso del Círculo de Mohr para casos bidimensionales nos ayuda a obtener los esfuerzos principales, los esfuerzos cortantes máximos y los esfuerzos en otros planos. También lo podremos usar para representar deformaciones y momentos de inercia. Al estar hablando de la aplicación 2D, remarcamos que los valores para el eje Z son nulos. Para generar el Círculo de Mohr, necesitamos representar todos los puntos; donde cada punto quedará definido por una tensión normal y una tangencial. Si unimos todos estos puntos, obtendremos una circunferencia. Para poder graficar la circunferencia se debe calcular dos puntos que sean opuestos. Esto es, calcular a través de un tensor de tensiones un punto en la dirección perpendicular de eje X y su correspondiente perpendicular al eje Y. sabemos entonces que estos puntos marcan el Diámetro de la circunferencia. Conocemos entonces el punto central del círculo de Mohr. Y cogiendo cualquier punto de la circunferencia, podemos obtener a través del Teorema de Pitágoras el radio de manera inmediata. Peculiaridad del círculo de Mohr Una peculiaridad del Círculo de Mohr es que si nos fijamos los puntos que se separan 90° en la realidad, aquí se separan por 180°. Por lo que debemos de tener en cuenta que un giro de θ en la realidad implica un giro de 2θ. Las tensiones principales son inmediatas, ya que están sobre el eje X. Donde ya vemos que serán el mayor y menor valor de tensión normal, respectivamente. Titulaciones que te pueden interesar ¿Quieres formarte en Ingeniería con Euroinnova? ¡Aquí te dejamos algunos títulos que te pueden interesar! CURSO GEOTECNIA ONLINE: Especialista en Geotecnia Curso de ingeniería concurrente y colaborativa ...

¿Cómo se realiza el cálculo de instalación fotovoltaica?

La energía fotovoltaica ha ganado un protagonismo significativo en la transición hacia fuentes de energía renovable. Este artículo se centrará en el cálculo de una instalación fotovoltaica, considerando la producción media de kWh de una placa solar, la influencia del sol en dicha producción, los tipos de instalaciones fotovoltaicas y cómo determinar la potencia y el número de paneles necesarios. Exploraremos también las distintas modalidades de autoconsumo, analizando sus ventajas y limitaciones. ¿Cuántos kWh Produce una Placa Solar de Media? La producción de kWh de una placa solar depende de varios factores, entre ellos la eficiencia del panel, su potencia nominal y las condiciones ambientales. Generalmente, un panel solar estándar tiene una potencia nominal que varía entre 250 y 400 vatios (W). Bajo condiciones óptimas, como una irradiación solar de 1000 W/m², un panel de 300 W puede producir alrededor de 1, 2 kWh por día. Algunos de los factores que influyen en la producción de kWh son: Eficiencia del Panel: La eficiencia de los paneles solares se refiere a la capacidad del panel para convertir la luz solar en electricidad. Los paneles más eficientes pueden alcanzar una eficiencia del 22%, mientras que los paneles estándar están alrededor del 15-18%. Condiciones Climáticas: La cantidad de luz solar que un panel recibe depende del clima local. En regiones con alta radiación solar, los paneles producirán más electricidad comparada con áreas más nubladas o con menor radiación. Orientación e Inclinación: La orientación hacia el sur y una inclinación óptima del panel pueden maximizar la captación de luz solar y, por ende, la producción de electricidad. El sol como factor en los kWh que producen las placas solares El sol es el factor más crítico en la producción de energía fotovoltaica. La cantidad de energía que un panel solar puede generar depende directamente de la cantidad de radiación solar recibida. Irradiación solar La irradiación solar se mide en kilovatios hora por metro cuadrado por día (kWh/m²/día). Esta métrica varía según la ubicación geográfica, la estación del año y la hora del día. Por ejemplo, en España, la irradiación media anual puede variar entre 3 kWh/m²/día en el norte y 5 kWh/m²/día en el sur. Horas pico de sol Las horas pico de sol (HPS) son un concepto utilizado para estimar la producción de energía solar. Representan las horas en las que la irradiación solar es de 1000 W/m². Si una ubicación tiene 5 HPS al día, un panel de 300 W podría producir aproximadamente 1, 5 kWh/día (300 W * 5 horas = 1500 Wh = 1, 5 kWh). Tipos de instalaciones fotovoltaicas Existen principalmente dos tipos de instalaciones fotovoltaicas: conectadas a la red (on-grid) y aisladas de la red (off-grid). Instalaciones Conectadas a la Red (On-Grid) Las instalaciones on-grid están conectadas al sistema eléctrico público. Estas instalaciones permiten inyectar el exceso de energía generada a la red, y en caso de insuficiencia, consumir energía de la red. Instalaciones Aisladas de la Red (Off-Grid) Las instalaciones off-grid no están conectadas a la red eléctrica. Son ideales para áreas remotas sin acceso a la red pública. Requieren sistemas de almacenamiento de energía, como baterías, para garantizar el suministro eléctrico cuando no hay luz solar. Instalación para autoconsumo El autoconsumo es una modalidad donde los usuarios generan su propia electricidad para cubrir sus necesidades. Existen varias modalidades de autoconsumo: Autoconsumo sin excedentes En esta modalidad, el sistema fotovoltaico está diseñado para que toda la energía generada sea consumida in situ, sin inyectar excedentes a la red. Esto se consigue mediante sistemas de control que ajustan la producción para igualar el consumo. Autoconsumo con excedentes Aquí, el exceso de energía generada que no es consumida instantáneamente se inyecta a la red eléctrica. Dependiendo de la normativa local, los usuarios pueden recibir compensaciones económicas por los excedentes aportados. Autoconsumo compartido El autoconsumo compartido permite que varios usuarios se beneficien de una misma instalación fotovoltaica. Esto es común en comunidades de vecinos o edificios de apartamentos, donde se puede instalar un sistema en el tejado y distribuir la energía generada entre varios propietarios. ¿Cuánta potencia de placas solares necesito y qué número de paneles? Determinar la cantidad de potencia y el número de paneles solares necesarios depende de varios factores, incluyendo el consumo energético, la irradiación solar local y las características de la instalación. Paso 1: Calcular el consumo energético El primer paso es determinar el consumo energético mensual en kWh. Esto se puede obtener de las facturas de electricidad. Por ejemplo, si una vivienda consume 300 kWh al mes, se necesitará un sistema que pueda generar al menos esa cantidad de energía. Paso 2: Determinar la irradiación solar local Utilizando datos de irradiación solar para la ubicación específica, se puede calcular cuántos kWh puede producir un panel solar en promedio al día. Por ejemplo, si la irradiación solar es de 5 kWh/m²/día, y se utiliza un panel de 300 W con una eficiencia del 18%, cada panel podría producir: 0.3kW x 5 HPS x 30 días = 45kWh/mes Paso 3: Calcular el número de paneles necesarios Dividiendo el consumo mensual total entre la producción mensual de un panel. Poniendo a cada panel una generación de 45kWh y un total de 300kWh a cubrir, necesitamos 7 paneles Por lo tanto, se necesitarían aproximadamente 7 paneles de 300 W cada uno para cubrir un consumo mensual de 300 kWh. Consideraciones adicionales Espacio Disponible: Asegurarse de tener suficiente espacio para instalar el número de paneles necesarios. Orientación e Inclinación: Maximizar la eficiencia de los paneles mediante una correcta orientación e inclinación. Inversor y Baterías: Seleccionar un inversor adecuado que pueda manejar la potencia del sistema, y considerar baterías si se busca almacenar energía para uso nocturno o en días nublados. El cálculo de una instalación fotovoltaica es un proceso que requiere considerar múltiples factores, desde la producción media de kWh de los paneles solares hasta la irradiación solar local y las necesidades específicas de consumo. Los diferentes tipos de instalaciones, ya sean conectadas o aisladas de la red, ofrecen diversas ventajas y desafíos que deben ser evaluados cuidadosamente. Todo esto es apenas una parte del Máster en Energías Renovables, Eficiencia Energética y Sostenibilidad. Con una planificación adecuada y una comprensión clara de las variables involucradas, es posible diseñar un sistema fotovoltaico eficiente y efectivo que satisfaga las necesidades energéticas de los usuarios mientras contribuye a un futuro más sostenible. Quizá te interese leer sobre... ¿Qué es la energía solar termoeléctrica? Títulos que te pueden interesar Máster Energías Renovables, Eficiencia Energética y Sostenibilidad CURSO ENERGÍA SOLAR Y EÓLICA: Curso Online Energías Renovables: Energía Solar y Eólica Máster en Medio Ambiente y Gestión Sostenible + Titulación Universitaria (5 créditos ECTS) Otros artículos Beneficios de la energía solar ...

Fuerzas de rozamiento: leyes, cálculo y más

¿Sabes qué son las fuerzas de rozamiento? ¿Conoces algunos ejemplos de fuerzas de rozamiento que te ayuden a comprender de qué trata? En este artículo, te explicamos qué es la fuerza de rozamiento, cómo obtenerla o los tipos de fuerzas de rozamiento más comunes. ¡Vamos! El origen de las leyes físicas del rozamiento Las leyes físicas que rigen el comportamiento del rozamiento entre cuerpo fueron descritas en el Siglo XVII por Guillaume Amontons, físico francés. La fuerza de rozamiento actúa como una resistencia al movimiento de un bloque que se desliza sobre un plano. Esta fuerza es directamente proporcional a la fuerza normal que el plano ejerce sobre el bloque. Contrariamente a lo que se podría pensar, la fuerza de rozamiento no está relacionada con el área aparente de contacto entre las superficies. El científico francés Coulomb contribuyó al entendimiento de este fenómeno al agregar una propiedad adicional. Una vez que el movimiento ha comenzado, la fuerza de rozamiento permanece constante e independiente de la velocidad del deslizamiento. ¿A qué se debe el rozamiento? La mayoría de las superficies, incluso aquellas que se consideran pulidas, presentan una rugosidad significativa a escala microscópica. Los picos presentes en ambas superficies que entran en contacto determinan el área real de contacto, que constituye solo una fracción pequeña del área aparente de contacto, es decir, el área de la base del bloque. Esta área real de contacto tiende a aumentar con el incremento de la presión, o fuerza normal, ya que los picos se deforman bajo esta presión. Es importante destacar que los metales tienden a experimentar un fenómeno conocido como soldadura en frío, el cual se debe a las fuerzas de atracción que existen entre las moléculas de una superficie y las moléculas de la otra. Estas uniones, o soldaduras, deben romperse para permitir el deslizamiento entre las superficies. Además, siempre hay una tendencia a que los picos se inrusten en los valles de la superficie opuesta, lo cual constituye el origen del fenómeno del rozamiento estático. Rozamiento estático y dinámico El Rozamiento estático se da cuando un objeto está en reposo y se aplica una fuerza externa sobre él. Esta fuerza de rozamiento estática se opone al inicio del movimiento y alcanza su valor máximo justo antes de que el objeto comience a deslizarse. Al igual que la fuerza de rozamiento por deslizamiento, la fuerza de rozamiento estático depende del coeficiente de rozamiento estático, que es una propiedad de las superficies en contacto. A medida que la fuerza aplicada supera la fuerza de rozamiento estático máxima, el objeto comienza a moverse y la fuerza de rozamiento dinámico toma el relevo. Cuando un objeto se desliza sobre una superficie, se encuentra con una fuerza de rozamiento por deslizamiento, también conocida como fuerza de rozamiento cinético. Esta fuerza actúa en dirección opuesta al movimiento del objeto y es proporcional a la fuerza normal que la superficie ejerce sobre el objeto. La magnitud de la fuerza de rozamiento por deslizamiento puede calcularse mediante el producto del coeficiente de rozamiento cinético y la fuerza normal. Este coeficiente depende de las propiedades de las superficies en contacto y puede variar según el material y las condiciones ambientales. Desglose de fuerzas Cuando hablamos sobre las fuerzas de rozamiento, es casi imperativo ver y entender el desglose de las fuerzas que estas provocan. El desglose de fuerzas es el siguiente. El principal generador de fuerzas en este dibujo es la gravedad. La gravedad, genera la fuerza P y debido al plano inclinado vemos su desglose en Py y Px. El desglose de las ecuaciones sería: Donde: m = Masa del objeto g = Gravedad μd???? = coeficiente de Rozamiento Dinámico En base a este desglose nos queda definido por completo el sistema del plano inclinado. Rozamiento por una rodadura Un caso particular donde aplican las fuerzas de rozamiento es en el rozamiento por rodadura. El rozamiento por rodadura surge cuando dos objetos sólidos se rozan mientras uno de ellos gira sobre el otro. En teoría, si los objetos fueran completamente rígidos y el contacto se limitara a un único punto sin movimiento, no habría rozamiento. Sin embargo, en la realidad, todos los objetos son deformables. Al girar una rueda sobre una superficie, el contacto no se da en un solo punto, sino en una pequeña área que depende de la flexibilidad de la rueda. Aunque la rueda está en movimiento, los puntos de contacto están en reposo momentáneo, lo que genera fuerzas que disipan energía y provocan el rozamiento. Titulaciones que pueden interesarte ¿Quieres conocer otras formaciones en ciencias? ¡Mira esta oferta de formaciones online de Euroinnova! CURSO DE FÍSICA CUÁNTICA Curso de educación ambiental ...